(57)【要約】【課題】  観察又は切削加工のいずれの場合においても好適に使用でき、観察の際にはサンプル表面に形成された加工対象物を極力傷つけずに観察できると共に、切削加工の際には所望する領域のみをナノスケールで微細加工する。【解決手段】サンプル表面Ｓ１に対向配置されたカンチレバー１０と、該カンチレバー１０の先端から互いに向かい合うよう隣接した状態で同じ長さだけ突出するよう設けられ、硬さの異なる材質からそれぞれ形成された加工用針部１１と観察用針部１２とを有する針部１３とを備え、観察用針部１２が、加工用針部１１よりも柔らかい材質により、先端がサンプル表面Ｓ１に平行な平面１２ａを有するように形成されている多機能プローブ２を提供する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプル表面上の加工対象物を観察及び切削加工する多機能プローブであって、
前記サンプル表面に対向配置され、該サンプル表面に垂直なＺ方向に移動可能であると共に、サンプル表面に平行なＸＹ方向に走査可能なカンチレバーと、
該カンチレバーの先端から互いに向かい合うよう隣接した状態で同じ長さだけ突出するよう設けられ、硬さの異なる材質からそれぞれ形成された加工用針部と観察用針部とを有する針部とを備え、
前記観察用針部は、前記加工用針部よりも柔らかい材質により、先端が前記サンプル表面に平行な平面を有するように形成されていることを特徴とする多機能プローブ。
【請求項２】
請求項１に記載の多機能プローブにおいて、
前記加工用針部は、前記観察用針部側とは反対側の側面が、前記サンプル表面に垂直な面に対して平行となるように形成されていることを特徴とする多機能プローブ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の多機能プローブにおいて、
前記加工用針部は、ダイヤモンド小片から形成されていることを特徴とする多機能プローブ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の多機能プローブにおいて、
前記加工用針部は、導電性を有していることを特徴とする多機能プローブ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の多機能プローブにおいて、
前記観察用針部は、導電性を有していることを特徴とする多機能プローブ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の多機能プローブにおいて、
前記観察用針部は、前記サンプルよりも柔らかい材質から形成されていることを特徴とする多機能プローブ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の多機能プローブと、
前記サンプルを載置するステージと、
該ステージと前記多機能プローブとを、前記サンプル表面に平行なＸＹ方向及びサンプル表面に垂直なＺ方向に相対移動させる移動手段と
前記多機能プローブを介して前記加工対象物を観察する観察手段とを備えていることを特徴とする微細加工装置。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか１項に記載の多機能プローブを利用して、前記サンプル表面上の前記加工対象物を微細加工する微細加工方法であって、
前記カンチレバーを前記サンプル表面に平行なＸＹ方向に走査させて、前記観察用針部を介して前記加工対象物を観察する観察工程と、
該観察工程結果に基づいて微細加工する加工領域を特定すると共に、特定した加工領域を前記加工用針部で微細加工する加工工程とを備えていることを特徴とする微細加工方法。
【請求項９】
請求項８に記載の微細加工方法において、
前記観察工程の際、前記加工用針部から前記観察用針部に向かう方向に、前記走査を行うことを特徴とする微細加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サンプル表面に形成されたフォトマスク等の加工対象物を削り、ナノ（ｎｍ）スケールで任意の形状に微細加工する多機能プローブ及び該多機能プローブを有する微細加工装置、並びに、微細加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
切削や研削等の機械加工を行う際、０．１μｍ以下の微細なナノスケールで正確に機械加工を行うために、従来より様々な研究等がなされている。その１つとして、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ；Scanning Probe Microscope）を利用するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、上記走査型プローブ顕微鏡の１つである原子間力顕微鏡（ＡＦＭ；Atomic Force Microscope）と同様の機構を有する装置に、ダイヤモンド砥粒等を先端に有するカンチレバーを取り付け、該カンチレバーでサンプルの表面を、１〜１００ｎｍのナノスケールで加工する有効性についても既に知られている（例えば、非特許文献１、２参照）。これは、粒径が５０μｍ程度のダイヤモンド砥粒を切れ刃として利用することで、その硬度からサンプルの表面を確実に削ることができ、ナノスケールの加工を実現することができるものである。
更に、上述したカンチレバーを利用して、サンプル表面に形成されたフォトマスクの欠陥パターン部分を削り（スクラッチ法）、正規なパターンに修正する方法も知られている（例えば、非特許文献３参照）。
【特許文献１】特表平１０−５０６４５７号公報
【非特許文献１】森田清三、「走査型プローブ顕微鏡（基礎と未来予測）」、丸善、平成１２年２月１０日発行、ｐ．８２（各種プローブ作製）、ｐ．１２４（ＳＰＭによる微細加工）
【非特許文献２】芦田極、他２名、「摩擦力顕微鏡機構を用いた極微小な機械加工の研究」、日本機械学論文集（Ｃ編）、６４巻、６２６号（１９９８−１０）、ｐ．４０７２−４０８５
【非特許文献３】「ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳ  ＯＦ  ＳＰＩＥ」、Volume５１３０、ｐ．５２０−５２７、Defect repair performance using the nanomachining repair technique、April 2003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、サンプル表面に形成された加工対象物等を微細加工する従来のカンチレバー等の加工用プローブは、できるだけ硬い単一物質（例えば、ダイヤモンド等）で先端が鋭利な状態になるように形成されている。
そのため、例えば、上記非特許文献３等に記載されているように、サンプルの表面に形成されたフォトマスク等の欠陥パターン部分を修正のために削る際に、非加工部分であるガラス基板等の下地を傷つけてしまう恐れがあった。これは、上記非特許文献３中にも、ガラス基板につけられた損傷の跡として図面と共に明記されている。
【０００４】
特に、ガラス基板に傷が付いてしまった場合には、露光波長での光の透過率が減少して
しまうので、せっかく加工対象物の欠陥パターン部分を削って修正したとしても、透過率の低下により意味のない加工になってしまうものであった。なお、透過率の減少はないことが望ましいが、９５〜９８％以上が実用許容値と一般的に言われている。
また、欠陥パターン部分を修正する場合に限らず、例えば、ガラス基板の凹凸や、付着した加工残渣及び加工ゴミ等を削り取る場合も同様である。
【０００５】
特に下地の傷は、上述したように欠陥パターン部分を削っている最中につけられてしまうことが最も可能性が高いが、この場合に限られず、加工のために加工用プローブをガラス基板上に着地（接触）させた時点でつけられてしまうこともあり、この時点で既に透過率が低減する場合もあった。
このように従来の加工用プローブでは、欠陥パターン部分を削る際は当然のこと、ガラス基板等のサンプル表面に接触させた時点で、既に該サンプルに傷をつけ易いものであった。
【０００６】
また、このような不具合をなくすため、仮に加工用プローブの先端を尖がりさせず、また、丸くなりすぎない中庸の形状にした場合には、サンプルに対する損傷の可能性は低減するものの、その反面、欠陥パターン部分等を鋭利に切削加工することができず、ナノスケールでの微細加工に適さないものになってしまう。
例えば、針先が略９０度の開き角を有している加工用プローブを使用した場合には、切削後の欠陥パターン部分の加工面が水平面に対して４５度程度傾斜した状態となってしまう。
【０００７】
ここで、通常フォトマスク等の欠陥パターン部分を修正する場合には、修正痕を極力残さずに、修正箇所と非修正箇所との区別がつかないことが望ましい。そのためには、切削加工面を水平面に対してできるだけ垂直に近づける必要がある。ところが、上述したように、切削加工面が傾斜している状態となってしまうと、光の遮断効果が光源の強さにより変化してしまい、修正跡が目立つだけでなく、ボケの原因となるものであった。また、美的感覚の観点からもフォトマスクの商品価値として明らかに修正痕が残ってしまうので、望ましくないものであった。
【０００８】
一方、サンプル表面の欠陥パターン部分を正確に切削加工するためには、事前にプローブによりサンプル表面を観察してＡＦＭ像を取得し、該ＡＦＭ像から加工対象物の形状、位置や体積等を正確に確認する観察工程が必要である。
ところが、この観察工程は、フォトマスク等の加工対象物上をプローブで走査する必要があるので、やはり加工時と同様に下地となる基板や加工対象物を傷つける恐れがあった。特に、ＡＦＭ像を取得した後の加工対象物が、変形してしまうと観察した意味が失われてしまうので、観察を行うときには先端が加工用プローブに比べて鋭利ではない観察専用の観察用プローブに付け替えて、観察を行っていた。
【０００９】
しかしながらこの場合には、下地となる基板やフォトマスク等の加工対象物を傷つける恐れはないものの、観察又は加工を行う毎にプローブの付け替えが必要であるので、手間がかかり、時間を要するものであった。また、プローブの付け替えによる取り付け誤差が生じてしまい、事前に正確な観察を行うことができたとしても、観察結果に基づいて目標を特定した位置に、加工用プローブを正確に位置合わせすることができず、所望の部分を切削加工することが困難であった。
【００１０】
このように、プローブを交換することのデメリットの方が大きいため、従来ではプローブの付け替えを行わずに、ダイヤモンド等のできるだけ硬い単一物質からなる加工用プローブ１本で、観察及び加工の両方を行う場合が多かった。
そのため、上述したように、加工時においては、非加工部分である下地となる基板を傷つける恐れがあり、観察時においては、ＡＦＭ像を取得した後の加工対象物が変形し易いという問題があった。
【００１１】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、観察又は切削加工のいずれの場合においても好適に使用でき、観察の際にはサンプル表面に形成された加工対象物を極力傷つけずに観察できると共に、切削加工の際には所望する領域のみをナノスケールで微細加工することができる多機能プローブ及び該多機能プローブを有する微細加工装置、並びに、微細加工方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明の多機能プローブは、サンプル表面上の加工対象物を観察及び切削加工する多機能プローブであって、前記サンプル表面に対向配置され、該サンプル表面に垂直なＺ方向に移動可能であると共に、サンプル表面に平行なＸＹ方向に走査可能なカンチレバーと、該カンチレバーの先端から互いに向かい合うよう隣接した状態で同じ長さだけ突出するよう設けられ、硬さの異なる材質からそれぞれ形成された加工用針部と観察用針部とを有する針部とを備え、前記観察用針部が、前記加工用針部よりも柔らかい材質により、先端が前記サンプル表面に平行な平面を有するように形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の微細加工方法は、本発明に係る多機能プローブを利用して、前記サンプル表面上の前記加工対象物を微細加工する微細加工方法であって、前記カンチレバーを前記サンプル表面に平行なＸＹ方向に走査させて、前記観察用針部を介して前記加工対象物を観察する観察工程と、該観察工程結果に基づいて微細加工する加工領域を特定すると共に、特定した加工領域を前記加工用針部で微細加工する加工工程とを備えていることを特徴とするものである。
【００１４】
この発明に係る多機能プローブ及び微細加工方法においては、互いに向かい合うよう隣接した状態で同じ長さだけ突出するよう設けられた加工用針部及び観察用針部を有する針部を利用するので、サンプル表面に形成された加工対象物、例えば、フォトマスク等の欠陥パターン部分の観察と微細加工等とを同時に行うことができ、該欠陥パターン部分を正規な状態に修正することができる。
【００１５】
具体的に説明すると、初めに微細加工を行う前にフォトマスクの観察を行って、微細加工による修正が必要な欠陥パターン部分を特定する観察工程を行う。まず、カンチレバーをサンプル表面に接近させ、該カンチレバーの先端に設けられた針部を、サンプル表面上に形成されたフォトマスク等の加工対象物に接触させる。この際、加工用針部及び観察用針部は、共に同じ長さであるので、先端がそれぞれ同時に接触する状態となる。
ここで、観察用針部の先端は、サンプル表面に平行な平面を有しているので、該観察用針部とサンプル表面又は加工対象物とが面接触した状態となっている。よって、仮に加工用針部の先端が鋭角であったとしても、従来とは異なり下地であるサンプル表面又はフォトマスクに傷がつき難い。つまり、観察用針部は、先端が鋭角な加工用針部からサンプル表面を保護する保護材としての役割を果たしている。
【００１６】
そして、カンチレバーをサンプル表面に平行な方向に走査させて、観察用針部を利用してフォトマスクの観察を行う。この際、針部をサンプル表面に常に接触させた状態で走査しても構わないし、針部でサンプル表面を叩きながら（タッピングモード）走査させても構わない。いずれにしても、加工用針部よりも柔らかい材質で、先端が平面となるように形成された観察用針部を利用して観察を行うので、上述したようにサンプル表面やフォトマスク等に極力傷を付けずに観察だけを行うことができる。よって、従来のように、観察終了後においてフォトマスク等が変形する恐れがない。
【００１７】
次いで、この観察により特定された欠陥パターン部分をナノスケールで微細加工して、正規なパターンに修正する加工工程を行う。即ち、加工用針部の側面を欠陥パターン部分に接触させた状態で、カンチレバーをサンプル表面に平行な方向に動かす。これにより、加工用針部の側面で欠陥パターン部分を削り落とすように微細加工することができ、該欠陥パターン部分の修正を行うことができる。
特に、この微細加工を行っている間、上述した観察工程と同様に、観察用針部が加工用針部の保護の役割を果たしているので、加工用針部の先端で下地となるサンプル表面を引っかいてしまう等、該サンプル表面に傷が付くことを極力防止することができる。
【００１８】
このように、針部は、硬さの異なる材質からそれぞれ形成された加工用針部と観察用針部とを有しているので、従来のように観察又は加工を行う毎にそれぞれ専用のプローブに付け替える必要がなく、多機能プローブ１本で観察又は加工のいずれの場合にも好適に使用することができる。よって、プローブの付け替えの手間をなくすことができると共に、時間の短縮を図ることができる。また、プローブの付け替えに伴う取り付け誤差をなくすことができるので、観察結果に基づいて目標を定めた領域に正確にアクセスでき、より高精度な微細加工を行うことができる。また、観察又は加工を行ういずれの場合であっても、下地となるサンプル表面や加工対象物の所望しない領域に、傷が付くことを極力防止することができる。
なお、加工対象物としては、フォトマスクに限られるものではなく、例えば、サンプル表面に付着した加工残渣や加工ゴミ等も含まれる。
【００１９】
また、本発明の多機能プローブは、上記本発明の多機能プローブにおいて、前記加工用針部が、前記観察用針部側とは反対側の側面が、前記サンプル表面に垂直な面に対して平行となるように形成されていることを特徴とするものである。
【００２０】
この発明に係る多機能プローブにおいては、加工用針部の、観察用針部側とは反対側の側面が、サンプル表面に垂直な面に対して平行とされているので、フォトマスク等の欠陥パターン部分を修正した際に、切削加工面がサンプル表面に対して垂直状態となる。よって、修正痕を極力残さずに、即ち、修正箇所と非修正箇所との区別がつかないように高精度に微細加工を行うことができる。
【００２１】
また、本発明の多機能プローブは、上記本発明の多機能プローブにおいて、前記加工用針部が、ダイヤモンド小片から形成されていることを特徴とするものである。
【００２２】
この発明に係る多機能プローブにおいては、加工用針部が最も硬い材質であるダイヤモンド小片から形成されているので、フォトマスクや加工残渣等の加工対象物をより容易にナノスケールで微細加工することができる。
【００２３】
また、本発明の多機能プローブは、上記本発明のいずれかの多機能プローブにおいて、前記加工用針部が、導電性を有していることを特徴とするものである。
【００２４】
この発明に係る多機能プローブにおいては、加工用針部が導電性を有しているので、加工対象物を微細加工する際に、該加工対象物との摩擦により発生する電荷が加工用針部に貯まらず、加工屑（切削屑等）が付き難い状態となる。よって、このような加工屑の影響を受けずに微細加工することができ、品質精度を向上することができる。
【００２５】
また、本発明の多機能プローブは、上記本発明のいずれかの多機能プローブにおいて、前記観察用針部が、導電性を有していることを特徴とするものである。
【００２６】
この発明に係る多機能プローブにおいては、観察用針部が導電性を有しているので、サンプルのチャージアップを防止することができる。
【００２７】
また、本発明の多機能プローブは、上記本発明のいずれかの多機能プローブにおいて、前記観察用針部が、前記サンプルよりも柔らかい材質から形成されていることを特徴とするものである。
【００２８】
この発明に係る多機能プローブにおいては、観察用針部がサンプルよりも柔らかい材質から形成されているので、観察を行う際、又は、加工用針部で加工を行う際、より下地となるサンプル表面を傷つけ難い。よって、さらに品質精度を向上することができる。
【００２９】
また、本発明の微細加工方法は、上記本発明の微細加工方法において、前記観察工程の際、前記加工用針部から前記観察用針部に向かう方向に、前記走査を行うことを特徴とするものである。
【００３０】
この発明に係る微細加工方法においては、観察工程を行うときに、加工用針部から観察用針部に向かう方向に走査させるので、加工用針部よりも柔らかい材質からなる観察用針部が加工対象物に接触することになる。つまり、加工用針部と加工対象物との接触を極力なくした状態で観察を行うことができる。よって、下地となるサンプル表面により傷が付き難くなり、高品質化を図ることができる。
【００３１】
また、本発明の微細加工装置は、上記本発明のいずれかの多機能プローブと、前記サンプルを載置するステージと、該ステージと前記多機能プローブとを、前記サンプル表面に平行なＸＹ方向及びサンプル表面に垂直なＺ方向に相対移動させる移動手段と、前記多機能プローブを介して前記加工対象物を観察する観察手段とを備えていることを特徴とするものである。
【００３２】
この発明に係る微細加工装置においては、移動手段を適時作動させることで、ステージと多機能プローブとを接触させたり、サンプル表面に対して多機能プローブを走査させたりすることができる。この際、下地となるサンプル表面を傷付けることなく、加工対象物の観察や加工を行うことができる多機能プローブを有しているので、加工前に加工対象物の状況を把握できると共に、高精度に所望する部分のみを修正することができる。
【００３３】
また、観察又は加工のいずれの場合にも好適に使用することができる多機能プローブであるので、従来のように観察又は加工を行う毎に付け替える必要がない。よって、プローブの付け替えの手間をなくすことができると共に、時間の短縮を図ることができる。また、プローブの付け替えに伴う取り付け誤差をなくすことができるので、より高精度な微細加工を行うことができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明に係る多機能プローブ及び微細加工方法によれば、プローブの付け替えの手間をなくすことができると共に、時間の短縮を図ることができる。また、プローブの付け替えに伴う取り付け誤差をなくすことができるので、より高精度な微細加工を行うことができる。また、観察又は加工を行ういずれの場合であっても、下地となるサンプル表面や加工対象物の所望しない領域に、傷が付くことを極力防止することができる。
【００３５】
また、本発明に係る微細加工装置によれば、観察又は加工のいずれの場合にも好適に使用することができる多機能プローブを有しているので、プローブの付け替えの手間をなくすことができると共に、時間の短縮を図ることができる。また、プローブの付け替えに伴う取り付け誤差をなくすことができるので、より高精度な微細加工を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明に係る多機能プローブ及び該多機能プローブを有する微細加工装置並びに微細加工方法の一実施形態を、図１から図４を参照して説明する。
本実施形態の微細加工装置１は、図１に示すように、サンプルＳに対向配置された多機能プローブ２と、サンプルＳを載置するステージ３と、該ステージ３と多機能プローブ２とを、サンプル表面Ｓ１に平行なＸＹ方向及びサンプル表面Ｓ１に垂直なＺ方向に相対移動させる移動手段４と、多機能プローブ２を介してサンプル表面Ｓ１上に形成されたフォトマスク（加工対象物）Ｍを観察する観察手段５とを備えている。
【００３７】
上記多機能プローブ２は、図２及び図３に示すように、サンプル表面Ｓ１上の上記フォトマスクＭを観察及び切削加工するものであって、上述したＸＹＺの３方向にそれぞれ移動可能なカンチレバー１０と、該カンチレバー１０の先端から互いに向い合うように隣接した状態で同じ長さだけ突出するよう設けられ、硬さの異なる材質からそれぞれ形成された加工用針部１１と観察用針部１２とを有する針部１３とを備えている。
【００３８】
上記加工用針部１１は、ダイヤモンド小片により先端が鋭角になるように形成されている。具体的には、天然ダイヤモンドを粉砕して得られたダイヤモンド砥粒を、集束イオンビーム（ＦＩＢ）により先端が鋭角になるようにエッチング加工した後に、カンチレバー１０の先端に移植（マイクロサンプリング）して取り付けている。また、この際、加工用針部１１は、観察用針部１２側とは反対側の側面１１ａが、サンプル表面Ｓ１に垂直な面に対して平行となるように形成されている。
なお、ダイヤモンド小片としては、上述したダイヤモンド砥粒に限定されるものではなく、例えば、ダイヤモンドドレッサ、Ｓｉｃ砥粒や人工ダイヤモンド等を採用しても構わない。但し、硬度の点において、天然ダイヤモンドであるダイヤモンド砥粒を採用することが好ましい。また、ＦＩＢによりエッチング加工する場合に限られず、例えば、レーザビームやガス（例えば、水蒸気）アシストされた電子ビームを利用してエッチングしても構わない。
【００３９】
上記観察用針部１２は、加工用針部１１よりも柔らかい材質により、先端がサンプル表面Ｓ１に平行な平面１２ａを有するように形成されている。なお、本実施形態では、観察用針部１２はサンプルＳよりも柔らかい材質から形成されているものとして説明する。
この観察用針部１２は、上記加工用針部１１と同様に、マイクロサンプリングによりカンチレバー１０に移植しても構わないし、ＣＶＤ（化学気層成長法：Chemical Vapor Deposition）等で成長させても構わない。
【００４０】
この多機能プローブ２は、図１に示すように、金属材料等からなるケーシング２０の上部に固定された固定ホルダ２１に着脱可能に固定されている。また、ケーシング２０の上部には、開口が形成されており、該開口を塞ぐようにウインドウ２２が取り付けられている。
また、ケーシング２０内の底部には、防振機構を有するベース２３が載置されている。このベース２３上には、サンプルＳをＸＹＺの３方向に粗動移動させるステッピングモータ等の粗動機構２４が取り付けられている。そして、この粗動機構２４上に、ステージ３と多機能プローブ２とを、Ｚ方向に相対移動させるＺスキャナ２５と、ステージ３と多機能プローブ２とをＸＹ方向に相対移動させるＸＹスキャナ２６とが順に載置されている。そして、ＸＹスキャナ２６上にステージ３を介してサンプルＳが載置されている。
【００４１】
ＸＹスキャナ２６及びＺスキャナ２５は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等からなる圧電素子であり、電圧が印加されると、電圧印加量及び極性等に応じてステージ３をＸＹＺ方向に微小移動させるようになっている。即ち、これらＸＹスキャナ２６及びＺスキャナ２５は、上記移動手段４を構成している。そして、この移動手段４を適時作動させることによって、多機能プローブ２を介してフォトマスクＭを観察したり、図４に示すように、該フォトマスクＭの欠陥パターン部分Ｍ１をナノスケールで切削加工したりして、正規なパターンに修正できるようになっている。
【００４２】
また、上記観察手段５は、針部１３の裏面側に形成された図示しない反射面にレーザ光Ｌを照射するレーザ光源２７と、反射面で反射したレーザ光（反射光）Ｌを検出するフォトダイオード２８とを備えている。これらレーザ光源２７及びフォトダイオード２８は、ケーシング２０の外部であってウインドウ２２の上方に配されており、ウインドウ２２を介してレーザ光Ｌが入射及び出射するようになっている。
また、フォトダイオード２８は、レーザ光Ｌの入射位置に応じて、カンチレバー１０の撓み状態を測定するようになっている。即ち、光てこ方式によりカンチレバー１０の撓み状態を測定する。
【００４３】
また、フォトダイオード２８は、検出結果をＤＩＦ信号として出力し、該ＤＩＦ信号をプリアンプ等で増幅すると共に直流変換して、各構成品を総合的に制御するパーソナルコンピュータ（ＰＣ）２９のＺ電圧フィードバック回路に送る。そして、該Ｚフィードバック回路は、送られてきたＤＩＦ信号に基づいて、Ｚスキャナ２５に電圧を印加してサンプルＳをＺ方向に微小移動させるようになっている。また、ＰＣ２９は、送られてきたＤＩＦ信号に基づいて、サンプル表面Ｓ１上のフォトマスクＭの形状等を観察すると共に、観察した画像を表示部３０に表示するようになっている。これにより、フォトマスクＭのパターンが、正規なパターンであるか否かを判別でき、修正が必要な欠陥パターン部分Ｍ１の位置や面積等を特定することができるようになっている。
【００４４】
なお、カンチレバー１０の撓み状態を測定するには、上述した光てこ方式のほかに、カンチレバー１０の内部に変位検出が可能な歪みゲージを内蔵した自己検知型カンチレバーを利用することも可能であるが、本実施形態では光てこ方式を用いた場合について説明する。
【００４５】
次に、このように構成された多機能プローブ２及び微細加工装置１により、フォトマスクＭの欠陥パターン部分Ｍ１をナノスケールで切削加工して、正規なパターンに修正する微細加工方法について説明する。
本実施形態の微細加工方法は、カンチレバー１０をサンプル表面Ｓ１に平行なＸＹ方向に走査させて、観察用針部１２を介してフォトマスクＭを観察する観察工程と、該観察工程結果に基づいて、微細加工する加工領域を特定すると共に、特定した加工領域を加工用針部１１で微細加工する加工工程とを備えている。特に、観察工程を行う際に、図２及び図３に示すように、加工用針部１１から観察用針部１２に向かう方向Ｒに走査を行う。これら各工程について、以下に詳細に説明する。
【００４６】
まず、多機能プローブ２を固定ホルダ２１に固定すると共に、ステージ３上にフォトマスクＭが形成されたサンプルＳを載置した後、サンプル表面Ｓ１と針部１３とを接触させる初期工程を行う。即ち、粗動機構２４によりステージ３をＺ方向にゆっくりと移動させると同時に、レーザ光源２７からレーザ光Ｌを照射させ、反射光をフォトダイオード２８で検出しておく。この状態で粗動機構２４の移動によりステージ３と多機能プローブ２とが接触すると、サンプル表面Ｓ１に多機能プローブ２が押されるのでカンチレバー１０が若干撓む。これにより、反射面で反射するレーザ光Ｌの角度が変化して、フォトダイオード２８に入射するレーザ光Ｌの入射位置が変化する。その結果、サンプル表面Ｓ１と多機能プローブ２とが接触したことを確実に判断することができる。
【００４７】
この際、加工用針部１１と観察用針部１２とは、共に同じ長さであるので、先端がそれぞれ同時に接触する状態となっている。特に、観察用針部１２の先端は、サンプル表面Ｓ１に平行な平面１２ａを有しているので、該観察用針部１２とサンプル表面Ｓ１又はフォトマスクＭとが面接触した状態となっている。よって、加工用針部１１の先端が鋭角であったとしても、従来とは異なり下地となるサンプル表面Ｓ１やフォトマスクＭに傷が付き難い。つまり、観察用針部１２は、先端が鋭角な加工用針部１１からサンプル表面Ｓ１を保護する保護材としての役割を果たしている。
【００４８】
そして、移動手段４によりステージ３をＸＹ方向に移動させて、多機能プローブ２による走査を開始する。この際、加工用針部１１から観察用針部１２に向かう方向Ｒに走査を開始する。この走査により、カンチレバー１０の撓み状態からフォトマスクＭの観察画像が表示部３０に表示される。その結果、表示された観察画像から、図４に示すように、切削加工による修正が必要なフォトマスの欠陥パターン部分Ｍ１を特定することができる。
なお、この観察工程は、針部１３をサンプル表面Ｓ１に常に接触させた状態で走査しても構わないし、針部１３でサンプル表面Ｓ１を叩きながら（いわゆるタッピングモード）走査させても構わない。
【００４９】
いずれにしても、この観察工程を行っている間は、加工用針部１１よりも柔らかい材質で、先端が平面１２ａとなるように形成された観察用針部１２を利用して観察を行うので、上述したように、サンプル表面Ｓ１やフォトマスクＭに極力傷を付けずに観察だけを行うことができる。よって、従来のように観察終了後において、フォトマスクＭが変形する恐れがない。
また、加工用針部１１から観察用針部１２に向かう方向に走査を行うので、観察用針部１２がフォトマスクＭに接触することになる。つまり、加工用針部１１とフォトマスクＭとの接触を極力なくした状態で観察を行うことができる。よって、よりサンプル表面Ｓ１に傷が付き難い状態で観察を行うことができる。
【００５０】
次いで、表示部３０に表示された観察画像から、切削加工が必要な欠陥パターン部分Ｍ１を特定した後、加工工程を行う。即ち、図４に示すように、加工用針部１１の側面１１ａ（観察用針部１２側と反対側の側面）を、欠陥パターン部分Ｍ１に接触させた状態で、カンチレバー１０をサンプル表面Ｓ１に平行なＸＹ方向に動かす。これにより、加工用針部１１の側面１１ａで欠陥パターン部分Ｍ１を削り落とすようにナノスケールで微細加工することができ、該欠陥パターン部分Ｍ１の修正を行うことができる。
特に、この微細加工を行っている間、上述した観察工程と同様に、観察用針部１２が加工用針部１１の保護材の役割を果たしているので、加工用針部１１の先端で下地となるサンプル表面Ｓ１を引っかいてしまう等、該サンプル表面Ｓ１に傷が付くことを極力防止することができる。
【００５１】
上述したように、本実施形態の多機能プローブ２及び微細加工装置１、並びに、微細加工方法によれば、硬さの異なる材質からそれぞれ形成された加工用針部１１と観察用針部１２とを有する針部１３を利用するので、従来のように観察又は加工を行う毎にそれぞれ専用のプローブに付け替える必要がなく、１つの多機能プローブ２で観察又は加工のいずれの場合にも好適に使用することができる。よって、プローブの付け替えの手間をなくすことができると共に、時間の短縮を図ることができる。
また、プローブの付け替えに伴う取り付け誤差を無くすことができるので、観察結果に基づいて特定した加工領域に正確にアクセスでき、より高精度な微細加工を行うことができる。また、観察又は加工を行ういずれの場合であっても、下地となるサンプル表面Ｓ１やフォトマスクＭの所望しない領域に、傷が付くことを極力防止することができる。
【００５２】
特に、加工用針部１１は、最も硬い材質であるダイヤモンド小片から形成されているので、フォトマスクＭを容易にナノスケールで微細加工することができる。更に、加工用針部１１は、観察用針部１２側とは反対側の側面１１ａが、サンプル表面Ｓ１に垂直な面に対して平行とされているので、欠陥パターン部分Ｍ１を切削加工した後の切削加工面がサンプル表面Ｓ１に対して垂直状態となる。よって、フォトマスクＭを、正常パターンの側面（欠陥パターンＭ１が生じていない部分の側面）に沿った状態で修正でき、修正跡が目立ち難くなる。これにより、修正箇所と非修正箇所との区別が付き難くなり、品質を向上することができる。
【００５３】
また、観察用針部１２は、サンプルＳよりも柔らかい材質から形成されているので、観察を行う際、又は、加工用針部１１で切削加工を行う際に、下地となるサンプル表面Ｓ１をより傷つけ難い。よって、品質をさらに向上することができる。
【００５４】
なお、本発明の技術範囲は、上記実施形態の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
【００５５】
例えば、上記実施形態では、加工対象物として、サンプル表面上に形成されたフォトマスクの欠陥パターン部分を例にして説明したが、この場合に限られるものではない。例えば、サンプル表面上に残された加工残渣や、サンプル表面上に付着した加工ゴミ等でも構わない。この場合においても、下地となるサンプル表面を傷付けることなく、観察及び切削加工を行うことができる。
【００５６】
また、ダイヤモンド小片にｐ型やｎ型の不純物をイオン注入法や拡散法等によりドーピングして、加工用針部に導電性を持たせても構わない。
また、ダイヤモンド小片が絶縁物のままで、保護材として機能する観察用針部を、導電性の材質（例えば、ＦＩＢによるカーボンは、高抵抗であるが導電性を有している）で構成しても構わない。これにより、フォトマスクとの摩擦により発生する電荷が加工用針部に貯まらないので、加工屑（切削屑等）が付き難くなる。よって、このような加工屑の影響を受けずに微細加工することができるので、品質精度を向上することができる。また、サンプルのチャージアップについても防止することができる。
【００５７】
また、上記実施形態では、加工用針部を、観察用針部側に隣接する側面がサンプル表面に対して垂直になるように形成したが、この場合に限られず、図５に示すように、角度θ（＋方向）をつけて形成し、先鋭化させた加工用針部４０としても構わないし、図６に示すように、反対方向（−方向）に角度θをつけ、正面から見て台形形状に形成した加工用針部４１としても構わない。このように、任意の角度θ（例えば、−４５度から＋４５度の範囲内）をつけて側面を形成し、加工目的に応じた形状にして構わない。なお、図５及び図６に示される点線形状は、上記実施形態の加工用針部１１である。
更に、加工用針部の先端を、観察用針部と同様にサンプル表面に平行な面を有するように形成しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係る多機能プローブを有する微細加工装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】図１に示す多機能プローブの正面図である。
【図３】図２に示す多機能プローブの斜視図である。
【図４】図２の断面矢視Ａ−Ａ図である。
【図５】図１に示す多機能プローブの構成品である加工用針部の他の例を示す図であって、正面から見て三角形状に形成された加工用針部の斜視図である。
【図６】図１に示す多機能プローブの構成品である加工用針部の他の例を示す図であって、正面から見て台形形状に形成された加工用針部の斜視図である。
【符号の説明】
【００５９】
Ｍ    フォトマスク（加工対象物）
Ｓ    サンプル
Ｓ１    サンプル表面
１    微細加工装置
２    多機能プローブ
３    ステージ
４    移動手段
５    観察手段
１０    カンチレバー
１１、４０、４１    加工用針部
１２    観察用針部
１３    針部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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